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毕业设计论文机车信号的研究与常见故障分析管理资料

郑州大学毕业设计（论文）

题目：

机车信号的研究与常见故障分析

指导教师：

职称：

讲师

学生姓名：

学号：

120463091

专业：

电子工程

院（系）：

物理工程学院

完成时间：

2015年5月25日

摘要

机车信号是指设在司机室内反映列车前方运行条件的信号显示，通常实现机车信号功能的车载设备也被简称为机车信号。

机车信号设备是采用高速数字信号处理技术、双套冗余设计的新一代机车信号设备，其主要性能指标符合技术条件，抗干扰性能达到标准，硬件设备符合故障倒向安全的原则。

本文针对主体化机车信号在日常检测中出现的机车信号异常情况，全面分析造成机车信号设备故障的各种原因，结合现场维修经验，详细阐述了处理故障的程序和方法、安全注意事项，以利于全面提高机车信号维修质量及职工的故障识别、处理能力，并且本文还特别介绍了一些主体化机车信号机常见故障，针对其设备管理和设备本身两方面进行分析，提出改进措施和方法。

关键词：

机车信号主体化机车信号设备故障

Abstract

Locomotivesignalistopointtoinindoorreflecttheoperatingconditioninfrontofthetraindriver,accordingtothesignalusuallyachievelocomotivesignalfunctionofon-boardequipmentisalsoreferredtoas"forthelocomotivesignalequipmentistousehighspeeddigitalsignalprocessingtechnology,thedoublesetofredundancydesignofanewgenerationoflocomotivesignalequipment,itsmainperformanceindexconformstothetechnicalconditions,anti-jammingperformancereachthestandard,thehardwareequipmentconformtotheprincipleoffaulttoonspatiallocomotivesignalintheroutinedetectionoflocomotivesignalabnormalities,acomprehensiveanalysisofthevariousreasonsoflocomotivesignalequipmentfailure,combinedwithon-sitemaintenanceexperience,detailedproceduresandmethods,andexpoundsthetroubleshootingsecurityconsiderations,tohelpimprovelocomotivemaintenancequalityandtheworker'sfaultrecognition,signalprocessingability,andthispaperalsointroducessomesubjectificationspeciallythelocomotivesignalcommonfailures,forthetwoaspectsofequipmentmanagementandthedeviceitselfwereanalyzed,andputforwardtheimprovementmeasuresandmethods.

Keywords:

thelocomotivesignal,subjectificationlocomotivesignal,devicefailure

第一章主体化机车信号概述…………………………………………1

第一节概述……………………………………………………………………1

第二节设备组成………………………………………………………………1

第三节JT1型主体化机车信号设备及各部工作原理………………………2

第四节JTl-C系列机车信号车载系统………………………………………7

第五节高速铁路实现机车信号主体化的解决方案…………………………11

第二章机车信号车载设备故障确认原则及应急处理………13

第一节机车信号车载设备故障的判定原则…………………………………13

第二节机车信号车载设备故障应急处理方法………………………………14

第三节记录板面板指示灯故障显示…………………………………………15

第三章机车信号机常见故障及处理方法………………………16

第一节机车信号机设备故障应急处理程序…………………………………16

第二节车载设备故障应急处理方法…………………………………………16

第三节机车信号设备部分常见故障及其可能原因…………………………17

第四节机车信号机常见故障处理方法………………………………………19

第四章机车信号掉码、串码故障…………………………………21

第一节掉码原因分析及解决措施……………………………………………21

第二节串码故障原因及分析…………………………………………………22

第三节一般性掉码与随机性掉码……………………………………………23

第五章机车信号布线及调试…………………………………………24

第一节机车布线………………………………………………………………24

第二节机车信号检查测试与系统调试………………………………………24

总结…………………………………………………………………………26

致谢…………………………………………………………………………27

参考文献……………………………………………………………………28

第一章主体化机车信号概述

第一节概述

按我国铁路“技规”要求，当列车运行速度超过160Km/h的区段，应采用无地面信号机的列车超速防护系统（即带速度监督的机车信号）。

因取消了地面信号机，机车信号显示状态就成了机车乘务人员驾驶列车的唯一依据，机车信号设备就由非主体信号设备变成了主体信号设备。

因此，对机车信号设备的安全性、可靠性也就提出了更高的要求。

随着铁路跨越式飞速发展和铁路装备的现代化技术的日益成熟，主体化机车信号设备技术研制经不断改进和完善；该技术以通过铁道部科技成果鉴定。

该系统设备采用“二取二”的容错安全结构，32位浮点DSP数字信号处理器，频域、时域相结合的分析方式，双线圈感应器接收，以及一体化的大容量机车信号记录器等。

这些完善的技术设计，安全性的软硬件结构，为机车信号主体化提供了基础保障。

主体化机车信号系统是列车运行安全保证的重要设备，而且有效的提高了司机工作效率，保证了行车安全。

机车信号设备是采用高速数字信号处理技术、双套冗余设计的新一代机车信号设备，机车信号设备的主要性能指标符合技术条件，抗干扰性能达到标准，硬件设备符合信号故障倒向安全的原则。

第二节设备组成

主体化机车信号设备（以JT1-CZ2000为例）由以下设备组成：

1.主体化机车信号主机：

主机板完成信号接收及输出工作，由两块完全相同的CPU板组成，与接线盒的双套电源、双路接收线圈构成双套热备冗余系统，由主机完成双套热备输出的切换。

主机的每块主机板内采用二取二容错安全结构，每块主板中有2路独立的接收译码通道，2路的译码输出进行比较，比较一致才有输出。

2.机车信号双路接收线圈：

新设计的JT·JS型双路接收线圈，每路线圈对应机车信号主机中的一块主板。

接收线圈中的一路发生故障时，主机可以通过自动切换控制电路，把对应正常接收线圈的主机转换成工作机，提高了系统的可靠性。

3.机车信号带电源接线盒：

新接线盒是专门为新设备设计的，支持双路线圈接线引入及机车前后端双路接收线圈的切换，增加了测试仪的在线测试插口及串口输出端口，专门研制了防振动性能好、抗干扰性强和能在高温度环境下靠工作的大功率专用模块电源。

新研制的模块电源过压、过流保护措施完善；启动后延时输出；预留过热关闭功能。

4.机车信号显示：

为了克服传统机车信号机功耗大，信息少和白织灯泡容易断丝的缺点，JT1-CZ2000系统要求采用双面八色灯LED机车信号显示器或双面点阵式显示器。

LED显示器内部有冗余措施来防止单点故障而造成的完全无显示。

双面点阵式机车信号显示器，可以实现数字方式显示，也可以实现模拟现有的色灯图象方式显示（与现有的色灯显示器兼容，可直接互换），在电路中利用双CPU来共同进行信号输入、扫描显示、对点阵输出进行反馈检查。

5.机车信号记录器：

记录器采用与机车信号主机一体化的设计方式，设在机车信号主机机箱内，对机车信号的输入输出信息直接采集。

记录器实现对各类输入信息、各类输出信息、运用环境信息及运用辅助信息的采集。

通过数据的记录和再现，维护人员可以全面了解机车信号的运用过程和设备性能，为迅速、准确的判断和处理设备故障奠定了良号的基础。

第三节JT1型主体化机车信号设备及各部工作原理

1.JTl通用式机车信号

北京交大“八五”期间开发的新一代数字化通用机车信号，采用现代数字信号处理技术，在可靠性、抗干扰性方面较之前设备有大幅提高。

JT1型通用式机车信号主要分为JT1-A型及JT1-B型两种类型。

前者为单套主机，后者为双套主机。

2.JTl通用式机车信号功能

JTl通用式机车信号接收各种制式机车信号，全数字化处理与控制，具有接收和处理各种制式机车信号的功能。

它能自动识别和接收UM71移频信号，4信息、8信息、18信息电化和非电化移频自动闭塞信号，25Hz、50Hz、75Hz交流计数和微电子交流计数自动闭塞信号，译码后使机车信号机显示，同时为列车运行记录装置和列车运行超速防护系统提供信息。

通用机车信号适用于各种制式的自动闭塞和半自动闭塞区段，适于安装在国内已有各种型号的电力机车和内燃机车上。

能满足机车长交路的要求，不仅解决了在空间有限的机车司机室无法安装多种制式机车信号设备的困难，而且做到信息采集、识别自动化，大大提高了可靠性，为列车提速创造了条件。

JT1通用式机车信号在技术条件规定的范围内可以根据用户要求使用各种机车接收感应器，并统一采用八色灯信号显示器复示前方信号。

通用式机车信号可与超速防护设备相结合，向超速防护设备提供所需信息，如速度等级、制式、过绝缘节等信息。

当列车超速防护装置发生故障时不影响机车信号的正常使用。

JTl通用式机车信号装置符合铁路信号“故障-安全”原则。

3.JTl通用式机车信号机设备及工作原理

（1）.JTl通用式机车信号系统结构

JTl通用式机车信号设备主要由机车信号接收线圈、机车信号主机、八显示机车信号机及机车信号接线盒和电缆等部分组成,系统框图如图1-3所示。

图1-3JTl通用式机车信号系统框图

（2）.机车信号接收线圈

从地面向机车上传输移频信号，是由与钢轨有电磁耦合的接收线圈来实现的。

接收线圈是机车信号接收地面信息的传感设备，它采用的是电磁感应的方法。

在移频自动闭塞区段的钢轨中，通有移频电流，此电流在钢轨周围形成交变磁场，该磁场的磁力线穿过接收线圈的铁心，使绕在铁心上的线圈中产生交变的感应电势，从而将地面信号机的显示传递到机车信号设备上来，使机车信号设备和地面信号设备保持不间断的联系。

两接收线圈的连接如图1-4所示。

两线圈按异名端串联连接，此联结方式能得到两倍的信号感应电势，并可将两根钢轨同方向的牵引电流所产生的感应电势互相抵消，从而提高了设备的抗干扰能力。

与感应器信号有关的电缆必须使用屏蔽电缆。

为了接收通过钢轨的信号电流，JTl通用式机车信号的接收线圈安装在机车导轮前方，吊装在机车前方轮对与排障器之间的槽钢上，对应于两根钢轨中心的上方各设一个。

图1-4接收线圈与钢轨周围磁场耦合及连线

（3）.机车信号点灯电路

机车信号点灯电路如图1-5所示。

图1-5机车信号点灯电路

机车信号点灯电路电源由+50V的直流供电电源提供。

机车信号点灯受光电开关控制。

机车信号点何种灯由执行继电器接点状态决定。

JTl通用式机车信号的点灯电源由50V的供电电源提供。

速度继电器SDJ接点构成速度SD输出，该条件输入至列车运行监控记录装置或列车运行超速防护设备。

使用方法是由8位色灯信号条件与速度等级SD输出相互组合来向超速防护装置提供完整的速度信号。

通用式机车信号工作时，一方面控制执行继电器接通机车信号点灯，同时又要将执行继电器接点状态及点灯情况反馈给机车信号主机参与运算。

执行继电器为长方形小型继电器，安装在通用式机车信号主机板上。

通用式机车信号共使用8个小型执行继电器。

每个继电器内部设有1个线圈，两组前后接点。

该继电器接点，一组用于点灯，一组用于向主机传递反馈信号。

（4）.信号处理过程

通用式机车信号主机板信号处理过程是在软件作用下完成的。

开机后首先进行初始化。

由动态监督电路输出信号对DSP芯片进行复位。

复位后即进入程序自检状态。

在自检过程中，DSP芯片要对EPROM、RAM输出电路进行自检。

自检时间约4s。

自检完毕后使白灯继电器BJ吸起，机车信号显示白灯。

接收信息经A／D变换后得到数字信号输入至DSP芯片。

DSP芯片在程序作用下对输入信号进行频率测量。

当输入若干个周期信号测量结果均为400～1000Hz时，则可判定接收的是国产移频信号。

然后进入移频信号译码程序。

若测量结果输入信号为1650～2650Hz时，可判定为接收的是UM71信息，便可进入UM71译码程序。

UM71也为一种移频信息，其信号处理过程分为带通滤波、解调、低频译码三部分。

UM71的四个载频f0分别为1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz，频偏Δf为11Hz。

首先通过程序分别设置4个带通滤波器。

通带范围为而f0±30Hz以内，阻带范围为f0±42Hz以外。

其部分幅频特性图如图1-6所示。

图1-6UM71滤波器幅频特性

图1-6中选取了f0=2000Hz和f0=2300Hz两个带通滤波器。

当f0=2000Hz时，通带范围为1970～2030Hz，阻带范围为低于1958Hz和高于2042Hz。

当f0=2300Hz，通带为2270～2330Hz，阻带为2042～2258Hz及2342Hz以外。

当f0=2000Hz时，钢轨信息为1989Hz-2011Hz，当f0=2300Hz时，钢轨信息为2289Hz-2311Hz。

由图1-6可见，UM71钢轨上传输的信息均在通带之内，而其他干扰信号受到阻带衰减为零。

对UM71低频信号的译码也是采用测周期的办法实现。

由程序指定，低频信号被解调出后对每个低频方波连续不断地测量周期。

方波被测量一定个数后得到的结果与软件内的标准码周期进行比较，比较一致后通过输出接口发出控制命令动作相应执行继电器。

4．JTl通用式机车信号系统的使用

（1）.通用式机车信号设备的使用

JTl通用式机车信号设备正确安装与调试后即可正常使用。

当接通机车信号的110V电源时，主机电路的电源则由开关逆变电源模块先由110V逆变为50V，再由50V逆变为5V供电。

数字化通用机车信号有两种，JT1-A型主机内只有一块主机板；JT1-B型主机内有两块主机板，双机热备，上电时双机中哪一主机投入工作是随机的，双机故障切换是自动进行的。

在机车信号检测时才按压面板上两个人工转换按钮，其中一个实现主备机人工切换，以便检测某一指定主机板。

JTl通用式机车信号一经通电，经过4s自检时间，自检正常后点亮机车信号机的白灯。

（2）.通用式机车信号灵敏度调整

JTl通用式机车信号在生产调试时灵敏度已按上述指标调整好，实际值与指标值误差小于±10％，在安装、使用时一般无需再调整。

机车信号接收灵敏度除与主机有关外还与机车信号接收线圈安装位置、接收线圈性能及接收线圈输出的信号电缆状况是否良好有关系，因此机车信号接收灵敏度应定期通过环线进行检查。

JTl通用式机车信号使用的接收线圈、无论是何区段，接收线圈安装高度都必须按照要求安装。

在实际测量灵敏度不符合要求的情况下，可适当调整接收线圈的高度。

第四节JTl-C系列机车信号车载系统

为满足列车提速对机车信号的要求，在总结通用式机车信号的基础上对机车信号车载设备进行了改进和提高，研制出新一代机车信号车载系统，即JT1-CZ2000型机车信号。

JT1-CZ2000型机车信号解决了通用式机信号车载设备存在的问题，创新性地采用先进DSP技术和多项先进的安全技术措施，极大提高设备的安全性和可靠性，符合铁路信号故障—安全原则。

车载系统设备满足机车信号主体化即机车信号作为行车凭证的严格要求，通过了铁道部技术鉴定，技术已达到国际先进水平。

作为列车运行控制系统中关键的车载安全性设备，JTl-CZ2000型机车信号为我国铁路急需解决的既有线机车信号主体化提供了完善的车载设备，在解决通用性的同时又达到主体化的要求，能更好地保证列车运行安全。

在地面信号系统条件具备，以及在维护管理条件具备的情况下，JT1-CZ2000型机车信号可作为主体化信号使用；在上述条件不具备的情况下也可作为一般通用式机车信号使用。

2006年，铁道部《JT1-C系列机车信号车载系统设备技术规范（暂行）》及《JT1-C系列机车信号车载系统设备安装规范（暂行）》颁发后，按照《规范》的要求，2006年9月又重新设计制造出一体化JT1-CZ2000机车信号车载系统设备。

JT-C系列机车信号车载系统设备,吸取了JT1-A/B型通用式机车信号及JT1-CZ2000型机车信号多年来大面积推广运用的经验，采用先进的DSP技术，符合故障-安全原则，具有数据记录和远程监控接口功能，满足《JT-C系列机车信号车载系统设备技术规范（暂行）》的要求，是目前安全性、可用性、可靠性最完善和先进的机车信号设备，是具备机车信号主体化条件的车载设备。

1.设备构成

JTl-C系列机车信号车载系统由机车信号主机（含机车信号记录板）、机车信号双路接收线圈、机车信号机、带电源接线盒及连接电缆等构成。

JTL-C系列机车信号车载系统，通过安装在机车第一轮对前面的接收线圈接收到轨面信息，送给机车信号主机，主机通过模数变换、数字信号处理一系列译码处理过程将译码结果，显示在安装在司机室的机车信号机上，指导司机行车，同时把机车信号信息输出到监控装置作为控车基本条件。

机车信号记录板可对机车信号运行状态及地面信息进行记录,并可通过地面处理系统对机车信号运行过程中采集的有关动态信息进行读取分析,

JTl-C系列机车信号车载系统设备的构成如图1-7所示。

图1-7JTl-C系列机车信号车载系统构成

轨道电路信号通过机车信号双路接收线圈感应接收。

双路接收线圈中的每路信号各对应一个主机板，由主机板中的两路接收电路同时接收。

进入主机板的信号由隔离放大器进行隔离，然后经A/D转换，由DSP芯片进行处理、译码。

JTl-C系列机车信号车载系统与JTl通用式机车信号相比，作了一系列的改进。

（1）.采用新型双路并绕接收线圈，保证在一路接收线圈断线，或因中间连线故障而无法接收到地面信号时，另外一路接收线圈保证机车信号主机仍能正常译码输出。

（2）.主机单机采用“二取二”故障安全结构，同时采用双套热备冗余来提高可靠性。

每套主机对应一路接收线圈绕组。

（3）.接线盒做了相应的改进，支持双线圈感应器引入。

（4）.采用LED新型显示器，功耗小、可靠性高，与现有机车信号机使用兼容。

（5）.增加了机车信号记录器。

（6）.全部使用屏蔽电缆。

2.系统工作原理

（1）.机车信号主机

1）.主机工作原理及结构特征

机车信号主机把从两路接收电路同时接收到的轨面信息由隔离放大器进行隔离，经AD转换，由DSP芯片进行处理、译码，控制相应的输出显示。

主机的原理框图如图1-8。

双路接收线圈的一路接主机板A，另一路接主机板B，主机输出除原来并行输出外，预留了CAN总线输出或RS485输出，可支持双向信息传输。

图1-8接收主机结构原理

主机内部采用6槽机箱结构，自左至右分别为记录板插板、主机板A、主机板B、、电源板二。

主机板完成信号的接收及输出工作，两块主机板，两块电源板、双路接收线圈构成双套热备冗余系统。

连接板实现电源分配、主机状态显示、并口输出的双套切换等功能。

连接板前面板设有八个指示灯。

两个正常表示灯，双套主机板均无故障时点亮。

两个工作表示灯，平时只有一个亮，表示某主机处于输出工作状态。

两个电源指示灯，分别表示两套主机输入50V电源是否正常，两个上下行表示灯，上下行开关操作正常。

设有两个人工转换按钮，在机车信号检测时可以按压转换按钮，实现主、备机人工切换，以便检测某一指定主机板。

双套机热备故障切换是自动的，上电时双机中的哪一套主机投入工作是随机的。

两块电源板中，各含一块电源模块，电源模块每路输入为110V，输出为双路50V。

一路为接收主机电路提供50V工作电源，另一路为动态控制安全点灯电路提供50V点灯电源。

点灯电源由主机输出的动态信号来激励，动态消失时点灯电源关闭，其电路为安全性设计。

记录板实现在机车运行过程中的有关动态信息地采集、记录，并通过U盘作为转存介质进行读取。

记录板上插有能实时记录机车运行过程中各种动态信息的大容量的CF卡和用于完成信息转录的USB接口。

通过大容量CF卡作为记录介质的记录器能真实反映机车信号动态运行中各种变化状态，对机车信号相关信息进行全面的实时记录。

机车信号记录板功能由两大部分组成。

一是车载部分，主要功能是对机车信号运行过程中的有关动态信息进行采集。

二是地面数据处理部分，通过U盘作为转存介质，通过USB接口进行读取、转换、显示、回放、分析，以文本及图形方式提供友好的人机界面，并提供自动统计、分析列表、打印输出等功能。

记录板共八个指示灯，排列和命名见图1-9。

图1-9记录板指示灯示意图

主机启动时记录板8个灯同时闪烁2次表示记录板进行初始化。

2）.双套热备冗余方式

主机的双套热备是指由机车信号主机内双套主机板、接线盒中的双路电源、双路接收线圈共同组成的双套热备系统。

主机完成双套热备输出的切换。

主机的双套切换继承了JT1-B型机车信号主机切换电路，即主机上电后随机由双套主机板中的一套占据输出位置，即处于工作状态，另外一套处于备用状态。

当占据输出位置的主机故障时，将自动关断点灯电源失去输出位置状态，而由备机获得输出位置状态，从而实现双机的自动切换。

然而对于JT1-B型机车信号主机而言，当工作主机的接收线圈信号输入部分、前级放大部分故障时，机车信号主机误以为线路无码而“掉灯”，并不切换到正常工作的备机，造成双套热备份不起作用的情况。

JT1-CZ2000的主机双套主机板之间有动态方波信号进行信息交换，当工作主机前级故障“掉灯”时，备机正常“有码”信息会传递到工作主机，工作主机会短时自动切掉输出，使得系统自动转到备机工作。

实现完全双套热备份的功能。

另外，通过外部切换控制（来自面板或测试仪），可以强行设置A、B机为工作机或是备机，为系统自动测试提供了基础。

（2）.机车信号双路接收线圈

机车信号双路接收线圈内部设计